科学家发现培育人工大脑新方法 未来将有望量产？

(图源：ScienceDaily)

这是一张来自自闭症谱系障碍患者的大脑器官切片的假彩色图像。

加州大学圣地亚哥分校医学院(University of California San Diego School of Medicine)的研究人员在最新一期的《干细胞与发展》(Stem Cells and Development)网络版上撰文，描述了一种快速、低成本的方法的发展，这种方法可以直接从原始细胞中制造出人的皮质类器官。

开发人类大脑功能的实验研究是有限的。涉及活体胚胎的研究受到伦理问题和大脑本身脆弱本质的限制。

动物模型只能部分地模拟或再现人类的生物学和认知功能。单细胞研究不能捕捉到神经网络的复杂性。

近年来，体外人体器官的发展——由重新编程的干细胞产生的器官的三维、微型化、简化版本——使科学家能够更现实、更详细地研究生物功能、与之相关的疾病和治疗。

“这包括大脑，”阿里森·R·穆特里(Alysson R. Muotri)博士说，他是加州大学圣地亚哥分校医学院儿科和细胞与分子医学系教授，加州大学圣地亚哥分校干细胞项目主任，桑福德再生医学联盟成员。

大脑器官可以形成多种大脑区域。它们展示出具有功能和能产生电兴奋的神经元。它们在基因表达水平上与人类皮质发育相似。

Muotri是该领域的领军人物之一，他使用了“人造大脑”的方法，首次提供了寨卡病毒可导致严重先天缺陷的直接实验证据，重新使用现有的艾滋病毒药物治疗一种罕见的遗传性神经障碍，并创造了尼安德特人化的“微型大脑”。

但人类大脑类器官生产起来困难、费时和昂贵，需要复杂的工具和技术，首先生成人类诱导多能(万能)干细胞。这些万能干细胞几乎能够成为所有类型的细胞，比如皮肤细胞中的成纤维细胞,然后指挥这些万能干细胞分化成的各种细胞相互联系，组成一个大脑类器官。

此前，哈佛大学研究人员使用生物芯片构造人工大脑，观察常见的成瘾物质对大脑的影响，为治疗提供信息。

在这篇新论文中，资深作者Muotri和他的同事们描述了一种新的、快速的、成本效益高的方法，可以将将单个体细胞直接重组，组成皮质类器官，而不是像以前那样数百个体细胞同时重组。

为了做到这一点，他们压缩并优化了这个过程的几个步骤，使体细胞重新编程、扩展和受激，几乎同时形成皮质细胞。

Muotri说，其结果是一个皮质的细胞器，完全由体细胞发育而成，只需要少量的操作。

Muotri说:“我们所做的是建立了一个原理论证，用于一个系统的、自动化的过程来产生大量的大脑类器官。”

“它的潜在用途非常广泛，包括建立大型脑器官库，以及发现与一些未知意义的突变相关的人类神经系统疾病的因果遗传变异，比如自闭症谱系障碍。如果我们想要了解人类认知的多样性，这是第一步。”

该研究的共同作者包括:Monique Schukking, Helen Miranda, Cleber A. Trujillo和Priscilla D. Negraes，他们都在加州大学圣地亚哥分校。